Способ определения направлений прихода n плоских волн и устройство для его осуществления

(57) И ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНК ПЛОСКИХ ВОЛНОСУ 1 ЦЕСХВЛЕНИЯобретение отноЦель изобретющей способнос У 24ционный институттральныйтитут сится к радио- ения - повышение ти при опредеихода плоских и. техник разреш лении кий и ем правлении пр личной интен ский Зарощиканал рите ели. М, рис,7 ния ш лок рад ьцп сигнал 14 и+ гостю стаенный номитктПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СОСЗ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) ТИИЭР; том 68,с.19-32,ющее способ оп рихода И плоск антенных эл-т ьных усилителе ания,блок 4 п в, гетеродин .5 ивности. Уределенияих волн,соов 1, 11+1й 2, блокреобраэоваАЦП 6 в1575255 50 лительный блок 7, блоки 8 и 9 оперативных запоминающих устр-в и индикатор 10, Данные способ и устр-вореализуют процедуру максимальноправдоподобного оценивания угловыхнаправлений прихода Н плоских волн,Работа устр-ва основана на процедуре покоординатного поиска экстремальной точки (минимума) заданноговыражения. Цель достигается за счет Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различных радиолокационных системах.Цель изобретения - повышение разрешающей способности при определении направлений прихода плоских волн различной интенсивности,На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предла-гаемьй способ; на .фиг.2 - структурная схема блока взвешивания; на фиг.3 структурная схема блока преобразования сигналов, 30Устройство для определения направлений прихода Н плоских волн содер.жит Й+1 антенных элементов 1, И+1 предварительных усилителей 2, блок 3 взвешивания, блок 4 преобразования 35 сигналов (БПС),гетеродин 5, аналогоцифровые преобразователи (АЦП) 6, вычислительный блок 7, первый 8 и второй 9 блоки оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), индикатор 10, 40Блок 3 взвешивания содержит Нрядов электронно-управляемых фазовращателей 11, блоков 12 вычитания.Блок 4 преобразования сигналов (БПС) содержит смесители 13, перемно жители 14, фильтры 15 низкой часто-. ты (ФНЧ), блоки 16 суммирования и делитель 17 надва. ФСпособ определения направлений прихода Н плоских волн и предлагаемое устройство основаны на следующих соотношениях. Пусть в дальней зоне антенной решетки АР в одной полу- плоскости от нее имеется М точечных источников излучения, имеющих различное угловое положение относительно АР, Среда распространения однородна. В узкой полосе частот на обеспечения взвешивания принятыхантенными эл-тами 1 сигналов при за-,данных управляющих напряжениях и алгоритме работы вычислительного блока 7 в соответствии с заданным выражением а также за счет последовательности выполнения операций для .минимизации мощности выходного сигнала антенной решетки, 2 с,п. ф-лы,3 ил. интервале времени 0 Т 1 (ЬЕ Т)1),АР принимает сигналы источников,временная структура которых неизвестна, Расстояние между соседними элементами АР Й не более /2. ДлинаАР такова, что за время прохождениясигнала вдоль АР огибающая сигналапочти не меняется. Собственные шумыэлементов АР есть независимые гауссовские процессы с равномерным спектромв полосе наблюдения. Тогда наблюдаемые сигналы можно представить в виде вектор-столбцаХК) = Б(ср) Р(Е) + ЫИ), Е е О, Т,где Х (й) - сигнал на выходе х-гоэлемента АР, =012,В+1;Рк(1) - сигнал, наводимый Е-мисточником излучения впервом элементе АР, 1 с==12,М;9 - угол между осью АР.и направлением на Е-й источник излучения;- вектор фазовых сдвиговч=й ," ч)2Ц = - - асоз 0-1 К д, ,КБ - матрица размера М+1) Н,1-й столбец которой имеет. вид (1,8,6"14%к )т,29б - мощность собственногошума в элементе АР.Функция правдоподобия в данномслучае имеет вид 1 (Ср Р(с) 6 Х(с = (2%7 ) х515752Для получения максимально правдоподобных оценок необходимо найти ц аГдСр ППП Я (Чг) Р И(Ч 1), (1) Вк агссоз (2- й), с = 1,2Б,2 и йЗдесьфЩ) - вектор комплексного взвешивания сигналов АР, причем10к(у , = агсв 1 п ( --т агК ЕПодставив найденное н вместо Юможно повторить определение новогопо аналогичной процедуре иподставить его вместо ( и т,д, до( , Затем вновь определить"1и подставить его вместо , и т.д, дотех пор, пока 1, или, что то же,1 (Ч 1)кК И(С) не станет минимальным.Блок 3 взвешивания обеспечиваетформирование сигналов У = В Х(Г) иВ11 = СхХ(Г).20 Блок 4 преобразования сигналовформирует сигналь1 1Ъ =(1) П + П О ) г =2 Т 1ь б1(С КС + В КВ);2т К - ковариационная матрица наблюдаемыхсигналов-ЪК =Х(г) Х (1)сгТ Р 25ф - знак комплексного сопряжения итранспонирования,Предложенный способ реализует найденную процедуру максимально правдоподобного оценивания угловых направлений прихода И плоских воЛнРабота устройства основана напроцедуре покоординатного поискаэкстремальной точки (минимума) выражения (1), которое может быть представлено в виде1=.ВКВЬ а-Юигде= М/С = С - еС =(О, (-1) Гй М-в , е,)тВ = (сс,с, 1, О) = СФ,знак сдвига элементов векторана один элемент влевоВзяв производную 1 по ( р получим гЭ 1 1 т 1 ге )1- 1 т Ггг ЕзЗд (а - Ке2 з С 1" ) )гдеЕ=агк - Ъгз,а = )с рФЪ -(С Кс + В КВ)2Э2,= В+кс; г,= в с.производную к нулю,лучим1 гу екеакг г а 11 е) = 1,праге 4Эта функция от Ц 1 имеет одинминимум и один максимум, Так как Вычислительный блок 7 по заданнымИ , з. =,2 ррБ- определяет векто-,.30 ры С и В, При этом вектор С вычисляется простой итеративной процедурой тЕ - (ОрОре ерОр) роЕ= Ео (Е 01) 1 р,1Е = Е; - (Е к) С, 1=1,2.И;= Ен- = "-. - (Ен-)Кроме того, вычислительный блок40 7 вычисляет величиныа = //С// 2 = аЕг ЪЕз1 Дг 2,110, = агсв 1.п ( - ) - ага Е,1 Ч тк, П 12. Ус тройс тво рабо тает следующим45 образом,ОЗУ 9 обнуляется, В ОЗУ 8 записываются тп-разрядные коды фазовьхсдвигов блока 3 взвешивания, соот 50 ветствующие равномерному начальномузаданию оцениваемых угловых направлений 9 з. =1,2 рееерН-, Коды фазовых сдвигов подаются на блок 3 взве.шивания, где устанавливаются фазовые55 сдвиги электронно-управляемых фазовращателей 11 и на вторые входы вычислительного блока 7, На интервалевремениОр Тсигналы антенных элементов 1, усиленные предварительнымп, 1 ф Ц 2К "ехР -1 Х Ч,1) )Нх М-Ккк 55 6Е, Е г, 21 з 1 от. не зависят, а (с и , то для 1 ого, чтобы экстремум был минимумом," должно выпопняться условие (1 + ага Е (с н/2. Отсюда имеем г = Ке гке 1 гкД= - - ) и К к 1 к.1кгусилителями 2 и взвешенные блоком 3 взвешивания, подаются с первого и второго выходов блока 3 взвешивания на соответствующие первые входы5 блока 4 преобразования сигналов, на выходе которого формируются аналогоиые сигналы а, ае 1 , гы еги аа это время вычислительный блок 7 осуществляет расчет элементов векторов С и В по итеративной процедуре и вычисляет величины а = //О// и Е р = Ке Е +,1 Т 1 Е ) = В С. После этого от блока синхронизации (на фиг,1 не показан) подается синхроимпульс на АЦП 6 и аналоговые сигналы иелиаиа ь, ре 1 а, 1 ы 1 а лреаб разуются в цифровую форму и подаются на первые входы вычислительного блока 7 который рассчитывает Е = а Е - , - Ь,Еи ш-разрядный код Ц . Этот код подается в ОЗУ 8 на Икодов и ОЗУ 9 на Й кодов и записывается на место кода Ц,. Затем указанная процедура повторяется и найденный новый 25 код Ц) записывается в ОЗУ 8 и 9 на место кода С и тд, до С и-, Рассчитанный после этого аналогичной прои" цедуро й код Ц)записывается в О ЗУ 8 на место кода Чг,а в ОЗУ 9 на ме с- З 0 то кода Ц, Следующий рассчитанный Я ,1 записывается в ОЗ У 8 на место ц а в ОЗУ 9 на место ф и т . д . чгКоды фазовых сдвигов с ОЗУ 9 пода-. ются на с оо тв е тс твующие входы индика то раО, где осуществляется расчет углов 9, по кодам , и их индикацияТаким образом , взвешивание принятых .антенными элементами сигналов 40 при управляющих напряжениях И(О;) и алгоритме работы вычислительного блока 7 в соответствии с выражением (1) и последовательность выполнения операций для минимизации мощности выходного сигнала антенной решетки, реализованные устройством, обеспечивают повышение разрешающей способнос- ти при определении направлений прихода плоски волн различнои интенсив ности.Формула изобретения1 Способ определения направлений прихода М плоских волн, заключающийся в том, что принимают совокупность сигналов от И источников излучения ,3+1)-элементной антенной решеткой,задают сигналы оцениваемых угловых направлений 9, формируют вектор управляющих напряжений И(9,) весовых коэффициентов, взвешивают принятые сигналы при управляющих напряжениях Ж(6) суммируют взвешенные сигналы, измеряют мощность суммарного сигнала запоминают мощность суммарного сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности при определении направлений прихода плоских волн различной интенсивности, одновременно задают сигналы всех М оцениваемых угловых направлений 61=12.ааИ) вектор управляющих напряжений И(Ф,) весовых коэффициентов формируют в соответствии с выражениемИ-с 23 1 р а+-К 1=(-1) С2ехр -1,00-а НИ 2 игде Ю, - -я .а сов 9с = (.х. Е.",и где Й - шаг решетки;Я - длина волны;ИК-й элемент вектора управляющих напряжений И(О,) весовых коэффициентов,измеряют и запоминают мощность суммарного сигнала, для всех Б срцениваемых угловых направлений 6 одновременно задают следующие сигналы всех Иоцениваемых угловых направлений 9 а измеряют мощность суммарного сигнала для всех 11 оцениваемых угловых направлений 9 сравнивают измеренные мощности суммарных сигналов и запоминают минимальную мощность суммарного сигнала и соответствующие ей сигналы всех Н оцениваемых угловых направлений 8, до тех пор, пока мощность суммарного сигнала ие станет минимальной при этом соответствующие ей сигналы всех Н оцениваемых угловых направлений 6; и являются направлениями прихода Б плоских волн.2,Устройство для определения направлений прихода И плоских волн, содержащее И+1 антенных элементов, выходы которых через соответствующиеа9157525510 8.2 предварительные усилители соединены с соответствующими входами блока взвешивания, выходы которого соединены с соответствующимивходами процессора, выходы которого соединены5 с соответствующими управляющими входами блока взвешивания, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что процессор состоит иэ гетеродина, блока преобразования сигналов, аналого-цифровых преобразователей, вычислительного блока, оперативных запоминающих устройств, индикатора, при этом син" фазный и квадратурный выходы гетеро- дина соединены с первым и вторым входами блока преобразования сигналов, три выхода которого через соответствующие аналого-цифровые преобразователи соединены с соответствующимипервыми входами вычислительного блока, выход которого соединен с входами первого и второго блоков оперативных запоминающих устройств, выходыпервого блока оперативного запоминающего устройства соединены с соответствующими вторыми входами вычислительного блока и являются:выходами про-,цессора, выходы второго блока оперативного запоминающего устройствасоединены с соответствующими входамииндикатора, при этом вторые входыпервого и второго блоков оперативныхзапоминающих устройств являются установочными,1575255 оставитель А,Немцовехред И.Иоргентал едактор И,Циткина рректор С.Черни и ГКНТ ССР зводственно-издательский комбинат Патент , г, Ужгород,11 И агарина, 1 О Заказ 1789 Тираж 446 ПодписноеВНИЯПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/